Sector coupling technologies in gas, electricity, and heat networks: Competition or synergy?

Abstract

Current investment in distribution networks for electricity, gas, and heat is high, and the distribution networks play a prominent role in the necessary transformation of the energy system. This paper provides insights into the relationship between residential end-user decisions on heat supply and their effect on infrastructure planning. Therefore, the gas, electricity, and heat networks are analyzed together. After a review of the characteristics of the networks, the most common sector coupling technologies are compared economically and environmentally. The results show that, under the assumptions made, heat pumps are the cheapest option for residential end-users in the long run. This raises the question of whether a parallel development of three different infrastructures for the heat supply of buildings is the best path to a successful energy transition.

Die derzeitigen Investitionen in die Verteilnetze für Strom, Gas und Wärme sind hoch und die Verteilnetze spielen eine bedeutende Rolle bei der notwendigen Transformation des Energiesystems. Diese Arbeit gibt Einblicke in den Zusammenhang zwischen Entscheidungen privater Endnutzer zur Wärmeversorgung und deren Auswirkungen auf die Infrastrukturplanung. Dafür werden die Gas-, Strom- und Wärmenetze gemeinsam analysiert. Nach einem Überblick über die Charakteristika der Netze werden die gängigsten Sektorkopplungstechnologien ökonomisch und ökologisch verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass unter den getroffenen Annahmen Wärmepumpen langfristig die kostengünstigste Option für private Endnutzer sind. Dies wirft die Frage auf, ob eine parallele Entwicklung von drei verschiedenen Infrastrukturen zur Wärmeversorgung von Gebäuden der beste Weg hin zu einer erfolgreichen Energiewende ist.